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普考申論題 108年 [電力工程] 基本電學

第 一 題

📖 題組:
五、如圖五所示之電路,若 VAB = 120\sqrt{3}∠120° V, VBC =120\sqrt{3}∠0° V, VCA = 120\sqrt{3}∠240° V,求(一)相電壓 VAN,VBN,VCN。(10 分)(二)電流 IN。(10 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

(一)相電壓 VAN,VBN,VCN。(10 分)

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看到三相電路已知線電壓求相電壓,首先觀察各線電壓的相位角來判斷相序。判定為正相序(A-B-C)後,利用 Y 接系統中「線電壓大小為相電壓的 √3 倍,且相位超前 30°」之特性求出相電壓 VAN,再依據相差 120° 的特性推導出 VBN 與 VCN。

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【解題關鍵】在平衡三相 Y 型系統中,線電壓的大小為相電壓的 $\sqrt{3}$ 倍,且在正相序(ABC)下,線電壓相位超前對應的相電壓 $30^\circ$。 【解答】 計算:

小題 (二)

(二)電流 IN。(10 分)

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本題解題思路應先延續第一小題所求出的相電壓結果,利用歐姆定律分別計算出三條相電流 IA、IB、IC。最後針對負載中性點 N 應用克希荷夫電流定律 (KCL),將三相電流做相量加總即可求出中性線電流 IN,注意計算過程需採用複數運算以處理角度與虛實部抵消。

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【解題關鍵】利用歐姆定律計算出各相電流後,透過克希荷夫電流定律 (KCL) 將相電流做相量相加求得中性線電流(IN = IA + IB + IC)。 【解答】 計算:

小題 (三)

請計算係數a_2。

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看到多個不同頻率的交流與直流電源,應立即想到使用「重疊定理」分別求解。題目要求 a_2 係數,即代表只需求解角頻率 ω=2 電源的獨立響應。分析時須特別注意獨立電流源在關閉(令其為零)時視為開路,這會直接影響電路的連通性與響應傳遞。

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【解題思路】利用重疊定理(Superposition Theorem)與克希荷夫電流定律(KCL)求特定頻率的穩態響應。 【詳解】 已知:題目欲求係數 $a_2$,即穩態電流 $i_{ss}(t)$ 中角頻率 $\omega=2$ rad/s 的餘弦項($\cos(2t)$)係數。這表示我們只需要分析電路在 $\omega=2$ 激勵源下的單獨響應。

小題 (四)

請計算係數a_3。

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看到題目要求特定頻率(ω=3)的穩態電流係數,應立刻聯想到使用「重疊定理(Superposition)」。將非 ω=3 的獨立電源關閉(電壓源短路、電流源開路)後,利用交流相量分析計算出目標分支的電流相量,其相量的實部即為餘弦項(cos)的係數。

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【解題關鍵】利用重疊定理(Superposition Theorem)分離不同頻率的響應,並使用相量(Phasor)分析計算 $\omega=3$ rad/s 時的交流穩態電流。 【解答】 計算:

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